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INFORME TÉCNICO

MANUAL DEL PROGRAMA DE GENERACIÓN DE PULSOS

PULSE DESIGN

Karim Kuyeng Ruiz

IT / Operaciones

Diciembre, 2008

RADIO OBSERVATORIO DE JICAMARCA Apartado 130207, Lima 13, Perú Teléfonos (+51-1)317-2313 ♦ Fax (+51-1)317-2312

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RESUMEN Este manual explica el uso del programa de generación de pulsos “Pulse Design” en donde se

detallan los parámetros necesarios para el diseño de pulsos de los experimentos.

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ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................... 4

2. DESARROLLO.............................................................................................................................. 4

2.1 Descripción de ventana principal..................................................................................................................... 4 2.1.1 Descripción de opciones en ventana principal................................................................................................. 5 2.2 Descripción de los parámetros......................................................................................................................... 7 2.2.1 Panel de parámetros de procesamiento ............................................................................................................ 8 2.2.2 Panel de parámetros de sistema ..................................................................................................................... 12 2.3 Programando el CR ....................................................................................................................................... 12 2.4 Opciones avanzadas en diseño de pulsos....................................................................................................... 12 2.4.1 Mezcla de experimentos ................................................................................................................................ 12

3. CONCLUSIONES........................................................................................................................ 20

4. RECOMENDACIONES.............................................................................................................. 20

5. BIBLIOGRAFÍA.......................................................................................................................... 20

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MANUAL DEL PROGRAMA DE GENERACIÓN DE PULSOS – PULSE DESIGN

1. INTRODUCCIÓN

Programa de generación de pulsos “PulseDesign” que facilita las configuraciones de los experimentos.

Hay que tener en consideración que el “PulseDesign” no solo se usa para la configuración de experimentos del radar principal, sino también para experimentos en el radar Sousy y el radar AMISR; pero este manual sólo se referirá al diseño de los experimentos para el radar principal y sus respectivos sistemas de adquisición.

2. DESARROLLO

El PulseDesign genera archivos con extensiones *.racp, *.rasp y *.dat. El archivo *.racp es usado por el PulseDesign, el archivo *.rasp es usado por el programa de adquisición, y el archivo *.dat es el que contiene los pulsos y comandos que se programarán al controlador de radar (CR).

2.1 Descripción de ventana principal

A continuación se presenta la ventana principal del programa.

L1

L2

L3

L4

L5

L6

L7

L8

a b c d e f

Figura 1 - Ventana principal del PulseDesign

(L[1..8]: lineas de control del CR) Descripción de botones: a: Panel para editar los diferentes parámetros del experimento. (Parámetros del controlador de radar, parámetros de procesamiento, parámetros del sistema, etc) b: Genera el archivo “*.dat” para el CR y graba todos los parámetros. c: Panel de mezcla de experimentos. d: Envía el archivo *.dat al CR. e: Panel de comunicaciones con el CR. f: Hace zoom a los pulsos o calcula distancia entre ellos.

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2.1.1 Descripción de opciones en ventana principal

2.1.1.1 Sistemas de adquisición

Figura 2

El PulseDesign permite escoger el sistema de adquisición a usar en el experimento, ya que hay algunos parámetros que varían. Como se aprecia en la siguiente figura (Figura 3).

2.1.1.2 Opciones de configuración para el sistema de adquisición con receptores digitales (Echotek)

Figura 3

-IPP as Multiple of DH: sirve para el que IPP sea múltiplo de la resolución a usar(DH) Opciones del sistema de adquisición Echotek (Receptores digitales):

-Profiles for ¼ - FIFO: para adquirir perfiles submúltiplos de ¼ FIFO. -Two Channels per Input: para que se habilite la opción de adquirir 4 canales por tarjeta, ya que normalmente es de 2 canales por tarjeta (mezcla de frecuencias) -Data Mode: para la tarjeta Echotek

• 16BIT_CMPLX_MODE (Default) • 20BIT_CMPLX_MODE • 16BIT_REAL_MODE • 16BIT_DLY_CMPLX_MODE

-Collection Mode: modo de adquisición • Counted Burst(Default) • Gate Continuous

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-FIFO size: para indicar que tamaño de FIFO se esta usando, depende de la tarjeta

• 128kSamples • 16kSamples

-Resynchro Methods: para indicar como es que el sistema de adquisición se sincronizará al inicio de la adquisición o cuando ocurra una falla.

• Reset RC (Default) • Wait for Last Simple

-External Gate: Si el Gate/Trig a usar en la tarjeta Echotek es externo o interno.

• Enable (Default) • Disabled

-External Polarization: Si el Gate/Trig será activo en alta o en baja. • Active High (Default) • Active Low

2.1.1.3 Panel de comunicación con el controlador de radar (CR)

Por el uso de un único reloj maestro (en Jicamarca es de 60MHz y el CR lo divide entre 60 para obtener 1MHz de reloj base) a veces se requiere de un reloj base diferente por lo que se envían distintos tipos de comandos al CR para que en vez de dividir al reloj maestro entre 60 lo divida entre 50.

Para ingresar los comandos al CR se hace clic en el botón “e” (Figura 1) de la ventana principal de PulseDesign y aparece el siguiente panel.

Figura 4

Comunicación con CR -RCSeq1: se ingresa el comando requerido para el reloj deseado. -Start Sequence, Stop Sequence: comandos ejecutados al inicio de funcionamiento del programa de adquisición para poder sincronizarse con el CR. -Send Sequence, loop: opciones para probar el CR introduciendo diferentes comandos de prueba. -Reset: todas las líneas del CR se deshabilitan (0) -Restart: todas las líneas del CR de reestablecen con los pulsos programados.

Comandos más comunes:

a. “255,8” : el reloj maestro es dividido entre 50 (1.2MHz)

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b. “255,96” : el reloj maestro es dividido entre 60 (1MHz)

c. “255,24” o “255,32”: determina que método de sincronización usará en CR

2.2 Descripción de los parámetros

Presionando el botón “a” de la ventana principal se obtiene lo siguiente:

IPP(L1): tiempo entre pulso y pulso de transmisión. NTx: número de IPPs TxA(L2), TxB(L3): Ancho del pulso de transmisión Delay: retrazo del pulso TxB con respecto al pulso TxA. Figura L4, L5, L6: -None: no hay pulso. -Flip: cada cuantos IPPs se quiere cambiar de estado (0 or 1) -Code: se escoge el código a usar y que pulso será codificado (TxA o TxB) -Sampling: ventana(s) de muestreo. Sus entradas son altura inicial (H0), número de muestras a adquirir (NSA) y resolución de altura (DH) referida a TxA o TxB. -Synchro: Pulso para sincronizar el sistema de adquisición y/u otros módulos -Portions Spec: permite poner pulsos en cualquier parte introduciendo su inicio y final. L7: Ventana de muestreo principal (parámetros descritos en L4,L5,L6) Clock: reloj base usado para generar los pulsos en el CR (si clock=1MHz entonces DH min =1us)

Figura 5 – parámetros del controlador de radar

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Figura 6 – Panel de retardos (delays)

Figura 7 – panel de configuración de código

Figura 8 – Panel de Portions Spec

Figura 9 – Panel de ventana de muestreo

2.2.1 Panel de parámetros de procesamiento

Los parámetros de procesamiento son usados por los programas de adquisición para de los sistemas Echotek y Natalia para realizar diferentes tipos de pre-procesamiento en línea tales como integraciones coherentes, decodificación, grabar datos crudos o espectros, integraciones incoherentes, etc; además de indicar cuantos canales se adquirirán, donde es que guardarán los datos, etc.

-Generate RASP: para que se genere el archivo *.rasp usado por los programas de adquisición -Experiment name: Nombre del experimento -Rate: indica cuantos GB/h grabará el experimento -Number of Acquired Profiles: número de perfiles (IPPs) seguidos que se adquirirán cada tiempo. -AcqTime: tiempo que demora en adquirir el número de perfiles indicados..

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-Number of Profiles per Block: número de perfiles que se grabarán en cada bloque de datos del archivo final. -Acquired Data Store Directory: directorio en que se guardan los datos. -Number of cards: número de tarjetas a usar en el experimento (depende de la configuración de la adquisición y del sistema a usar) -ini: (sólo en el sistema ECHOTEK). Se introduce el nombre del archivo de configuración del as tarjetas echotek (*.ini). -All Channels: Si es marcado, se consideran todos los canales posibles para la adquisición. -Sequence: secuencia de como se leerán las tarjetas de adquisición -Ch Sequence: secuencia de como se leerán los canales a adquirir -Type of Experiment:

RawData Spectra (processed data)

-Type of Data: Char Short Float

-Coherent Integrations: suma de los datos de un número de perfiles según lo indicado.

Figura 10

-Decode Data: Decodifica los datos usando el código ingresado en los parámetros de CR o usando un código introducido por el usuario en FloatCode. -Integ.Stride: usado con la integración coherente, en vez de sumar Perfil0 + Perfil1 + …, suma perfiles saltando un número de IPP indicado.(si IntegStride=2, entonces sumará Perfil0 + Perfil2 + …) -Post Coherent Integration: similar a la integración coherente, es para eliminar el código complementario (se usa luego de decodificar cada código por separado, se realiza coh int / 2 con Integ Stride = 2, y se termina con una última integración coherente para eliminar el código complementario)

Si Type of Experiment = Spectra, entonces se obtiene lo siguiente:

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Figura 11

FFT Points: número de puntos para calcular el FFT (espectro) Incoherent Integrations: cuantos espectros se sumarán; Así se aumenta la detectabilidad del eco y se ahorrará espacio en disco. SpectralCombinations: combinaciones espectrales con los canales adquiridos (self spectra y/o cross spectra). All SPC_Comb: para generar todas las combinaciones espectrales posibles con los canales adquiridos Save Channels DC: graba el DC de los canales para luego poder eliminarlo.

Ejemplos del parámetro secuencia de canales para los diferentes sistemas de adquisición:

1. Para los receptores digitales (sistema Echotek): a. Ejemplo1

Number of cards: 1 Sequence: 0 Channel Sequence: 0, 1 (A, B)

Clk Gate

Ch1 Ch2Echotek 1 GateClk

A B

Figura 12

b. Ejemplo2

Number of cards: 2 Sequence: 0, 1 Channel Sequence: 0, 1, 2 (A, B, C)

Clk Gate

Ch1 Ch2Echotek 1

Clk Gate

Ch1 Ch2Echotek 2

GateClk

A B

C Figura 13

2. Para los receptores analógicos (sistema Natalia): a. Ejemplo 1

Number of cards: 2 Sequence: 1, 3

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Channel Sequence: 0,1,2,3 (A, B, C, D)

BXBY Samples Synchro

1 3 5 7CardAX AY CX CY

DXDY

Figura 14

b. Ejemplo 2

Number of cards: 3 Sequence: 1, 5, 7 Channel Sequence: 0,1,3,4 (A, B, C, D)

BXBY Samples Synchro

1 3 5 7CardAX AY DX DY

CXCY Figura 15

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2.2.2 Panel de parámetros de sistema

-Begin Time/EndTime: determina el inicio y fin del experimento. -Echotek Parameters: (sólo para el sistema Echotek) calcula la frecuencia para el DDS y para el archivo de configuración del la echotek (*.ini). Es solo un cálculo, los valores obtenidos no se cargan directamente a los archivos correspondientes. -Send STATUS to FTP Server: envía el status del programa de adquisición a la web. -Profiles Ranges: permite procesar solo los perfiles escogidos y no todos los adquiridos. -Process Samples: permite generar un filtro en Alturas con las muestras ya adquiridas. -Parallel Processes: permite tener dos procesos al mismo tiempo con diferentes procesamientos para los datos escogidos en cada uno de los procesos.

Figura 16

2.3 Programando el CR

Luego de introducir los parámetros deseados para el experimento hacer clic en OK para grabarlos.

Para generar el archivo *.dat que se enviará al CR hacer clic en el botón “b” (Ver Figura 1) de la ventana principal del PulseDesign.

Para programar el CR hacer clic en el botón “d” (Ver Figura 1) de la ventana principal del PulseDesign y se enviarán los pulsos por el puerto serial al CR.

2.4 Opciones avanzadas en diseño de pulsos

2.4.1 Mezcla de experimentos

La mezcla de experimentos es usada cuando los pulsos a diseñar son más elaborados de lo que se puede diseñar con una configuración básica o cuando se quieren mezclar dos (o más experimentos en una sola trama de pulsos).

Consideraciones a tomar en cuenta para la mezcla de experimentos:

a. Los experimentos deben de tener el mismo reloj base.

b. El experimento base de la mezcla (experimento 1) debe tener la longitud total de la trama de pulsos a ser programado.

c. En sus ventanas de muestreo, la resolución (dh) debe ser la misma.

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2.4.1.1 Procedimiento para mezcla de experimentos

La ventana de mezcla de experimentos aparece cuando se hace clic en el botón “c” (Ver Figura 1) de la ventana principal del PulseDesign.

Figura 17

1. Hacer clic en “Select a File” para elegir entre diferentes archivos “*.dat” a mezclar

Figura 18

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2. Añade el archivo a la mezcla presionando el botón “Add”. Un retraso (“Delay”) en tiempo o distancia puede ser introducido a los pulsos si se desea.

3. Si más experimentos necesitan ser añadidos repetir pasos 1 y 2.

4. Las líneas a mezclar y como serán mezcladas pueden ser elegida usando lo siguiente:

Figura 19

5. Para mezclar y grabar el resultado hacer clic en “Save & Make” y será grabado el nuevo experimento mezclado.

2.4.1.2 Ejemplos

2.4.1.2.1 Experimento de Pulso Largo y Doble Pulso de Faraday

Experimentos a mezclar:

Param/Exps LP_240_130.dat _faraday(130)_1.dat _faraday(130)_2.dat IPP 6000km 6000km 6000km NTX 136 136 136 Tx 240km 15km 15km Codigo 0 1 0 Ventana de muestreo H0 0km 0km 0km Dh 3.75km 3.75km 3.75km NSA 1062 264 264

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Figura 20 - LP_240_130.dat

Figura 21 - faraday(130)_1.dat

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Figura 22 - faraday(130)_2.dat

Figura 23 – Mezclando experimentos

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Figura 24 – Resultado final

Param/Exps LP_240_faraday(130).datIPP 6000km NTX 136 Tx 240km Code 0 Sampling Window H0 (LP) 0km Dh (LP) 3.75km NSA (LP) 1062 H0 (faraday1) 3990km Dh (faraday1) 3.75km NSA (faraday1) 268 H0 (faraday2) 4995km Dh (faraday2) 3.75km NSA (faraday2) 268

2.4.1.2.2 Experimento DEWD

Experimentos a mezclar:

Param/Exps DiffPhase_01.dat DiffPhase_02.dat IPP 1000km 1000km NTX 144 (128 enable) 16 Tx 45km 5km Code Barker3 Flip Sampling Window H0 0km 0km Dh 5km 5km NSA 198 198

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Figura 25 - DiffPhase_01.dat

Figura 26 - DiffPhase_02.dat

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Figura 27 – Mezclando experimentos

Figura 28 – Resultado final de la mezcla

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Param/Exps DiffPhase_mix.dat IPP 1000km NTX 144 Tx 45km / 5km Code Barker3 Sampling Window H0 0km Dh 5km NSA 198

3. CONCLUSIONES

El programa de generación de pulsos PulseDesign es un programa sencillo de manejar, con el cual se puede configurar todo tipo de experimentos sin mayor esfuerzo. Este manual es para que todos los involucrados tanto en operaciones como en hacer ciencia puedan realizar sus propios pulsos y/o entender los parámetros que se involucran en el diseño de los experimentos.

4. RECOMENDACIONES

Se debe tratar de tener un único controlador de radar para que los comandos y datos generados con el PulseDesign se puedan programar a cualquiera de los CRs.

Se debe de tratar de unir los programas necesarios para operaciones en un entorno que los reúna a todos y así sea más fácil la configuración y el manejo de cada experimento.

5. BIBLIOGRAFÍA Microsoft Corporation, Microsoft Visual C++, Run-Time Library Reference, 1995